綜合錄井在油氣顯示識(shí)別及鉆井工程異常監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要的作用。隨著油田大力推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)，錄井信息化及數(shù)字化水平也越來(lái)越高。論文探討了錄井無(wú)線傳感器系統(tǒng)及井場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的原理，對(duì)于進(jìn)一步提升錄井信息化建設(shè)水平具有借鑒意義。

　　一、前言

　　綜合錄井儀是錄井現(xiàn)場(chǎng)最重要的裝備之一，在油氣顯示識(shí)別及鉆井工程狀況監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用。工程數(shù)據(jù)和氣測(cè)數(shù)據(jù)是綜合錄井最重要的兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，前者通過(guò)傳感器檢測(cè)得到，后者通過(guò)烴類氣體檢測(cè)系統(tǒng)分析得到。目前，綜合錄井儀傳感器系統(tǒng)多為有線傳輸方式，通過(guò)總線集合多個(gè)傳感器信號(hào)傳輸?shù)骄C合錄井儀，綜合錄井儀接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行存儲(chǔ)。這樣的傳輸方式電路連接繁瑣，要求電纜抗干擾性能好、防爆級(jí)別高[1]。此外，轉(zhuǎn)井過(guò)程中，頻繁的拆卸及安裝工作量大，線路連接穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器信號(hào)丟失的情況，增加了儀器操作人員的工作強(qiáng)度。近年來(lái)，得益于信息及通信技術(shù)的發(fā)展，油田數(shù)字化建設(shè)程度越來(lái)越高，綜合錄井在信息化建設(shè)方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著傳感器技術(shù)及短距離無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，錄井無(wú)線傳感器系統(tǒng)研制成功并得到了應(yīng)用[2]，無(wú)線傳感器系統(tǒng)具有便于安裝及維護(hù)的特點(diǎn)，能夠大大降低儀器操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度[3]。此外，錄井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)類型多，有工程數(shù)據(jù)、氣測(cè)數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)及第三方數(shù)據(jù)(測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、lwd數(shù)據(jù)等)，這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)呈分散狀態(tài)，不利于充分挖掘儲(chǔ)層信息，無(wú)法開展數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。只有以綜合錄井儀為中心，構(gòu)建井場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，采集和存儲(chǔ)錄井現(xiàn)場(chǎng)各種類型數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)多種應(yīng)用，挖掘工程及地質(zhì)信息，為隨鉆監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及決策提供依據(jù)。

　　二、無(wú)線傳感器技術(shù)

　　(一) 傳感器無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的選擇錄井現(xiàn)場(chǎng)傳感器有多個(gè)，分別安裝在井架、泥漿池、泥漿泵等處，能夠監(jiān)測(cè)扭矩、力壓、套壓、大鉤高度、轉(zhuǎn)速、懸重、流量、溫度、密度、電導(dǎo)率、池體積、泵沖等參數(shù)。根據(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)布置情況，傳感器通常分布在幾十米范圍內(nèi)，不超過(guò)100m，短距離無(wú)線通信技術(shù)即可滿足需要。短距離無(wú)線傳輸方式主要有紅外、光波及無(wú)線電波3種，基于這三種傳播方式的無(wú)線通信技術(shù)有紅外數(shù)據(jù)傳輸、藍(lán)牙、Zigbee及無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)等，紅外傳播的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)受到井場(chǎng)無(wú)線電干擾，但它屬于視距傳播，容易被鉆井設(shè)備及人為活動(dòng)遮擋，影響數(shù)據(jù)傳輸;藍(lán)牙優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)量大，缺點(diǎn)是電池更換周期短，同時(shí)錄井傳輸數(shù)據(jù)量小，藍(lán)牙不是一種經(jīng)濟(jì)適用的傳輸方式[4];無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)傳輸距離遠(yuǎn)、速率高，但其功耗大，對(duì)于電池供電的無(wú)線傳感器來(lái)說(shuō)難以保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作;Zigbee技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)類似，都是基于IEEE 802 .15 .4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其傳輸速率相對(duì)較低、耗電量小，降低傳播速率可擴(kuò)大覆蓋范圍，最大可達(dá)134m，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，適宜于多節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)布置，使用成本相對(duì)較低，傳輸速率滿足錄井小數(shù)據(jù)量傳輸要求，是最佳的傳輸方式。

　　(二)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為分布式和集中式，其中，分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)行分布管理，節(jié)點(diǎn)之間能夠相互通信，支持多跳轉(zhuǎn)發(fā)，具有能耗低的特點(diǎn)[5]。但由于錄井現(xiàn)場(chǎng)傳感器分布密集，相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)間距離較近，采用分布式傳輸方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力及能耗要求較高。集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各傳感器節(jié)點(diǎn)直接向控制中心發(fā)送檢測(cè)的信號(hào)，控制中心對(duì)檢查信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送。對(duì)于錄井傳感器系統(tǒng)而言，由于傳感器數(shù)量相對(duì)較少，傳感器安裝完成后不移動(dòng)，傳感器屬于重復(fù)利用類型，節(jié)點(diǎn)之間不需要相互通信，節(jié)點(diǎn)與控制中心之間只是數(shù)據(jù)傳輸，不需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小，只需覆蓋井場(chǎng)即可。因此，錄井無(wú)線傳感器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)化，集中式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更適合錄井現(xiàn)場(chǎng)。

　　(三) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組建無(wú)線傳感器系統(tǒng)采用基于ZigBee協(xié)議的集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。傳感器節(jié)點(diǎn)采用星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器作為前端采集終端，將采集的信號(hào)發(fā)送到井場(chǎng)處理系統(tǒng)，井場(chǎng)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，發(fā)送到綜合錄井儀無(wú)線接收系統(tǒng)，然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到綜合錄井儀服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。在具體網(wǎng)絡(luò)組建時(shí)，首先布置一個(gè)可以覆蓋整個(gè)井場(chǎng)的中心節(jié)點(diǎn)處理器，該處理器能夠接收各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)以無(wú)線傳輸方式發(fā)送到井場(chǎng)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到綜合錄井儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

　　三、井場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　(一) 井場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)錄井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)類型多，不同類型數(shù)據(jù)呈分散存儲(chǔ)狀態(tài)，不利于對(duì)數(shù)據(jù)深入應(yīng)用。為了開展對(duì)不同類型錄井?dāng)?shù)據(jù)的深入應(yīng)用，挖掘儲(chǔ)層含油氣性等重要信息，需要在錄井現(xiàn)場(chǎng)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，能夠覆蓋整個(gè)井場(chǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，網(wǎng)絡(luò)中心配置在綜合錄井儀器房，供電穩(wěn)定，無(wú)需考慮功耗問(wèn)題。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)傳輸速率高、覆蓋范圍廣，在錄井儀器房不受功耗影響，滿足使用需求。同時(shí)，考慮到錄井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、綜合錄井儀數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)大，對(duì)傳輸速率要求較高，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)符合要求。

　　(二) 井場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在錄井現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，具體網(wǎng)絡(luò)布置如圖2所示，首先需要在綜合錄井儀器房布置一臺(tái)井場(chǎng)數(shù)據(jù)專用服務(wù)器，用于存儲(chǔ)錄井現(xiàn)場(chǎng)各種類型數(shù)據(jù)。然后將該服務(wù)器與綜合錄井儀路由器連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合錄井儀數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，將該服務(wù)器與地質(zhì)房衛(wèi)星路由器連接，實(shí)現(xiàn)與地質(zhì)計(jì)算機(jī)連通，可以采集地質(zhì)數(shù)據(jù)。構(gòu)建井場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是在服務(wù)器上連接無(wú)線路由器，井場(chǎng)第三方的計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接無(wú)線路由器，實(shí)現(xiàn)與井場(chǎng)服務(wù)器的連通，可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄畧?chǎng)服務(wù)器上，手機(jī)用戶也可以連接無(wú)線路由，方便數(shù)據(jù)的瀏覽。通過(guò)構(gòu)建井場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，將井場(chǎng)各方接入到無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。

　　(三)數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用通過(guò)構(gòu)建的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，井場(chǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器采集存儲(chǔ)多種類型數(shù)據(jù)，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)多種應(yīng)用程序，方便調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的深入挖掘�？梢蚤_展以下應(yīng)用：① 隨鉆數(shù)據(jù)發(fā)布。以報(bào)表形式發(fā)布地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。以曲線形式發(fā)布工程參數(shù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù);② 隨鉆成果圖。如隨鉆巖屑、巖心草圖、氣測(cè)評(píng)價(jià)圖、地化評(píng)價(jià)圖、測(cè)井評(píng)價(jià)圖等;③ 隨鉆解釋系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫(kù)基層上開發(fā)隨鉆解釋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層隨鉆解釋評(píng)價(jià);④ 多井對(duì)比。開發(fā)多井對(duì)比功能，建立對(duì)比模板，調(diào)取鄰井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層對(duì)比及儲(chǔ)層預(yù)測(cè);⑤ 工程應(yīng)用。開展地層壓力預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)、鉆頭效率評(píng)價(jià)、機(jī)械比能評(píng)價(jià)等，優(yōu)化鉆井施工。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　地質(zhì)錄井工作能夠獲取地層原始資料，在發(fā)現(xiàn)油氣顯示及監(jiān)測(cè)鉆井工程狀況方面發(fā)揮重要作用。隨著油田進(jìn)入勘探開發(fā)中后期，老區(qū)塊勘探程度較高，地層認(rèn)識(shí)較為清楚，新鉆井多以開發(fā)井為主，錄井項(xiàng)目減少、技術(shù)應(yīng)用受限，錄井受重視程度有所下降。在此情況下，要加強(qiáng)錄井技術(shù)創(chuàng)新研究，充分利用信息及通信技術(shù)，提升錄井?dāng)?shù)據(jù)采集水平。同時(shí)要發(fā)揮錄井在鉆井現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)中心作用，通過(guò)建立無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)、配置井場(chǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、構(gòu)建井場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，采集存儲(chǔ)井場(chǎng)各種數(shù)據(jù)，構(gòu)建井筒數(shù)據(jù)平臺(tái)，開發(fā)多種應(yīng)用功能，對(duì)于提升錄井技術(shù)的整體水平及在油氣井勘探中的地位具有重要意義。

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　　《錄井儀數(shù)據(jù)采集傳輸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用》來(lái)源：《信息系統(tǒng)工程》，作者：薛金山